用非旋轉(zhuǎn)工具檢測(cè)地層邊界的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油井的電測(cè)井領(lǐng)域，具體而言，涉及用非旋轉(zhuǎn)工具檢測(cè)地層邊界的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油行業(yè)，運(yùn)用隨鉆測(cè)井(LWD)、隨鉆測(cè)量(MWD)和電纜測(cè)井系統(tǒng)等電氣測(cè)量技 術(shù)來收集井下信息這樣的技術(shù)在業(yè)內(nèi)人人皆知。這一類技術(shù)一直都被用來獲取井內(nèi)信息， 比如地層電阻率(或?qū)щ娦?雖然這兩個(gè)專業(yè)術(shù)語"電阻率"和"導(dǎo)電性"是相反的兩個(gè)概念， 但是在這一技術(shù)中經(jīng)常相互替換。）、介電常數(shù)等，從而用來測(cè)定地層及其相應(yīng)流體的巖石 物理性質(zhì)。收集到的井內(nèi)信息能夠幫助我們劃定碳?xì)浠衔?如原油或天然氣）以及多孔地 層內(nèi)的其他成分，確定不同地層之間的邊界。最好盡可能將鉆井井眼定位在產(chǎn)油層(含碳?xì)?化合物的地層），以便最大程度確保其恢復(fù)程度。
[0003] 隨鉆測(cè)井(LWD)、隨鉆測(cè)量(MWD)和電纜測(cè)井系統(tǒng)會(huì)用到各式各樣的測(cè)量工具，其 中一種工具就是電阻率測(cè)井儀。圖1就是傳統(tǒng)電阻率測(cè)井儀的示意圖。傳統(tǒng)電阻率測(cè)井儀由 鉆柱100、用于向周圍地層發(fā)射電磁信號(hào)的兩臺(tái)發(fā)射器Tl和T2、用于接收Tl和T2電磁信號(hào)的 兩臺(tái)接收器Rl和R2以及鉆柱100末端的鉆頭112組成。與T2相比，Tl更接近Rl和R2。
[0004] 圖1中，鉆柱100在第一地層102內(nèi)旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)，直至接近第一地層102和第二地層 104之間的地層邊界106。當(dāng)鉆柱100接近地層邊界106時(shí)，發(fā)射器T2(108)的電磁信號(hào)就開始 穿透地層邊界106以及第二地層104,然后由接收器Rl和R2接收。然而，與此同時(shí)，發(fā)射器Tl (110)的電磁信號(hào)主要只傳播到第一地層102,然后便由接收器Rl和R2接收。因此，發(fā)射器Tl 測(cè)得的電阻率數(shù)據(jù)與發(fā)射器T2測(cè)得的電阻率數(shù)據(jù)是不相同的，這樣的差異就表明存在地層 邊界106。
[0005] 為使電阻率測(cè)井儀一直位于產(chǎn)油區(qū)，鉆井井眼不但要求要有地層邊界信息，還要 求其位置和方向信息。圖1所示的電阻率測(cè)井儀不能確定地層邊界106的方向與鉆柱100的 關(guān)系，因而才有了"定向"電阻率測(cè)井儀的發(fā)明。定向電阻率測(cè)井儀在旋轉(zhuǎn)時(shí)通過收集不同 方位角的測(cè)井信息可使其具有方位敏感性。如圖2所示，鉆井井眼可以分成許多個(gè)(200~ 230)分區(qū)。按照慣例，分區(qū)的數(shù)量可能是8、16或32。根據(jù)每個(gè)分區(qū)測(cè)得的電阻率結(jié)果的相關(guān) 性，就可以計(jì)算得出地層邊界的位置和方向。然而，定向電阻率測(cè)井儀的機(jī)械旋轉(zhuǎn)也有一定 的缺點(diǎn)。比如說，定向電阻率測(cè)井儀的振動(dòng)和晃動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量值的精確性有很大的影響。另 外，機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度也有一定的物理限制。
[0006] 迄今為止，一直都在采取一些措施來避免出現(xiàn)振動(dòng)問題，如每當(dāng)在其中一個(gè)分區(qū) 測(cè)量時(shí)就關(guān)掉測(cè)井儀。雖然這樣可能解決了振動(dòng)問題，但是極大地延長了數(shù)據(jù)測(cè)量的過程。
[0007] 為了避免傳統(tǒng)定向電阻率測(cè)井儀存在的這些弊端，以前提交過的一份申請(qǐng)#13/ 786,302提出了一種使用電動(dòng)旋轉(zhuǎn)的技術(shù)，而不是傳統(tǒng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)。圖3是運(yùn)用了電動(dòng)旋轉(zhuǎn) 技術(shù)的定向電阻率測(cè)井儀的前視圖。定向電阻率測(cè)井儀包括一個(gè)鉆具主件300、兩臺(tái)X-軸和 y-軸發(fā)射器(一臺(tái)X-發(fā)射器304和一臺(tái)y-發(fā)射器302)、一臺(tái)Z-軸接收器(一臺(tái)Z-接收器306) 以及鉆具主件300末端的鉆頭112。為了進(jìn)行定向測(cè)量，不用機(jī)械旋轉(zhuǎn)鉆具主件300,只需通 過電氣消除X-發(fā)射器304和y-發(fā)射器302調(diào)制矢量就可以停止鉆具主件300,從而模擬鉆具 主件300機(jī)械旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響。
[0008] 然而，申請(qǐng)#13/786,302中介紹的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)技術(shù)僅僅運(yùn)用于X-發(fā)射器304和y-發(fā)射 器302,這樣才能使磁場(chǎng)輕易地向各個(gè)方位上發(fā)射。接收器包括一個(gè)Z-分量環(huán)形天線。它適 用于XY平面或方位的任意一個(gè)方向。因此，測(cè)得的磁場(chǎng)分量只有x-z分量或y-z分量。這里的 x-z分量表示X-軸方向上極化的天線發(fā)射的磁場(chǎng)以及Z-軸方向上天線接收的磁場(chǎng)。同樣，y-z分量表示y_軸方向上的極化天線發(fā)射的磁場(chǎng)以及Z-軸方向上的極化天線接收的磁場(chǎng)。
[0009] 從物理層面來說，不但x-z分量或y-z分量能夠表明地層邊界方向和位置，而且x-x 分量或χ-y分量也能夠檢測(cè)出地層邊界的方向和位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供用非旋轉(zhuǎn)工具檢測(cè)地層邊界的方法，以解決上述的問題。
[0011] 在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了用非旋轉(zhuǎn)工具檢測(cè)地層邊界的方法包括以下內(nèi)容:部 署一個(gè)鉆具主件，至少配有兩臺(tái)攜帶有天線的垂直發(fā)射器和兩臺(tái)攜帶有天線的垂直接收 器;調(diào)節(jié)發(fā)射器組(包括攜帶有天線的第一臺(tái)發(fā)射器和第二臺(tái)發(fā)射器)的磁矩以便向預(yù)定方 向發(fā)射電磁能；調(diào)節(jié)接收器組(包括攜帶有天線的第一臺(tái)接收器和第二臺(tái)接收器)的磁矩以 便接收從預(yù)定方向傳來的電磁能；同時(shí)啟用發(fā)射器組;利用接收器組接收并測(cè)量發(fā)射器組 調(diào)節(jié)過的電磁信號(hào);最后依據(jù)接收器組接收和測(cè)量到的電磁信號(hào)的振幅和相位來計(jì)算出地 層邊界的方向和位置。
[0012] 在一種實(shí)施方式中，鉆具主件配備有第一臺(tái)發(fā)射器和第二臺(tái)發(fā)射器以及第一臺(tái)接 收器和第二臺(tái)接收器，其中這兩臺(tái)發(fā)射器的天線都是朝向非平行方向，而這兩臺(tái)接收器的 天線也是如此。
[0013] 在一種實(shí)施方式中，調(diào)制發(fā)射器天線的調(diào)制矢量在啟用期間在方位角方向上電動(dòng) 旋轉(zhuǎn)；
[0014] 在一種實(shí)施方式中，調(diào)制接收器天線的調(diào)制矢量在方位角方向上電動(dòng)旋轉(zhuǎn)，與發(fā) 射器天線電動(dòng)轉(zhuǎn)向同步；
[0015] 在一種實(shí)施方式中，當(dāng)調(diào)制發(fā)射器天線的調(diào)制矢量沿方位角方向電動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào) 制接收器天線的調(diào)制矢量會(huì)保持在固定的方位角方向；
[0016]在一種實(shí)施方式中，第一臺(tái)發(fā)射器和第二臺(tái)發(fā)射器天線的方向大體上相互垂直。
[0017] 在一種實(shí)施方式中，第一臺(tái)接收器和第二臺(tái)接收器天線的方向大體上相互垂直。
[0018] 在一種實(shí)施方式中，用于執(zhí)行地層邊界檢測(cè)的這種方法還包括：提供方程 Tm1 - in,, co?,(Qt) .、以便調(diào)節(jié)發(fā)射器天線的磁矩，其中HidPm2分別是施加到第一臺(tái)發(fā)射器和第 [Wi1 - mt) sm(Q0 二臺(tái)發(fā)射器上的磁矩;π/3是磁矩的幅度大??；Ω是調(diào)制發(fā)射器天線磁矩電動(dòng)旋轉(zhuǎn)的角頻率； t是電動(dòng)旋轉(zhuǎn)開始的一段時(shí)間。
[0019] 在一種實(shí)施方式中，用來調(diào)節(jié)發(fā)射器天線磁矩的方程
也可以用 來調(diào)節(jié)接收器天線的磁矩，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射器組和接收器組之間的同步電動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
[0020] 在一種實(shí)施方式中，用于執(zhí)行地層邊界檢測(cè)的這種方法還包括提供方程 用來調(diào)節(jié)接收器天線的磁矩，這樣的話調(diào)節(jié)接收器天線的調(diào)制矢量就會(huì)指向固定方位。方 程中Θ是代表接收器接收信號(hào)時(shí)所選擇的方位角。
[0021] 在一種實(shí)施方式中，角頻率是可以調(diào)節(jié)的。
[0022] 在其他方案中，用于執(zhí)行地層邊界檢測(cè)的這種方法還包括測(cè)量來自第一臺(tái)發(fā)射器 和第二臺(tái)發(fā)射器不同電動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的調(diào)制電磁信號(hào)。
[0023] 在其他方案中，用于執(zhí)行地層邊界檢測(cè)的這種方法還包括:根據(jù)第一臺(tái)接收器， 和/或第二臺(tái)接收器接收和測(cè)量到的電磁信號(hào)的振幅和相位，提供一個(gè)轉(zhuǎn)換表，以便計(jì)算出 地層邊界的方向和位置。
[0024]在一種實(shí)施方式中，用于執(zhí)行地層邊界距離檢測(cè)的這種方法還包括檢索配有鉆具 主件的測(cè)井工具的地層電阻率的信息。
[0025] 在其他方案中，用于執(zhí)行地層邊界檢測(cè)的這種方法還包括:根據(jù)第一臺(tái)接收器， 和/或第二臺(tái)接收器接收和測(cè)量到的電磁信號(hào)的振幅和相位以及從測(cè)井工具檢索到的地層 電阻率信息，提供一個(gè)轉(zhuǎn)換表，以便計(jì)算出地層邊界的方向和位置。
[0026] 在一份優(yōu)選方案中，用于執(zhí)行地層邊界檢測(cè)的設(shè)備包括:帶有一根縱軸的鉆具主 件、部署在鉆具主件上且面朝第一方向的第一臺(tái)發(fā)射器、部署在鉆具主件上且面朝第二方 向的第二臺(tái)發(fā)射器、部署在鉆具主件上且面朝第三方向的第一臺(tái)接收器以及部署在鉆具主 件上且面朝第四方向的第二臺(tái)接收器。
[0027] 在一種實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)第一臺(tái)發(fā)射器和第二臺(tái)發(fā)射器的電磁信號(hào)是為了在它們 同時(shí)啟用時(shí)使整個(gè)磁場(chǎng)的矢量實(shí)現(xiàn)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
[0028] 在一種實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)根據(jù)第一臺(tái)接收器，和/或第二臺(tái)接收器是為了接收和測(cè) 量來自特定方位的調(diào)制電磁信號(hào)并根據(jù)測(cè)得的電磁信號(hào)的振幅和相位計(jì)算出地層邊界的 方向和位置。
[0029] 在一種實(shí)施方式中，鉆具主件是指鉆柱或鉆鋌。
[0030] 在一種實(shí)施方式中，第一臺(tái)發(fā)射器與第二臺(tái)發(fā)射器并列或在軸向上有一定的距 離。
[0031] 在一種實(shí)施方式中，第一臺(tái)與第二臺(tái)發(fā)射器以及第一臺(tái)與第二臺(tái)接收器都至少包 含一根天線。
[0032] 在一種實(shí)施方式中，第一臺(tái)發(fā)射器的第一方向與第二臺(tái)發(fā)射器的第二方向大體垂 直。
[0033] 在一種實(shí)施方式中，第一臺(tái)接收器天線的第一方向與第二臺(tái)接收器天線的第二方 向大體垂直。
[0034] 在一種實(shí)施方式中，發(fā)射的電磁信號(hào)要根據(jù)方程
進(jìn)行調(diào)節(jié)；其 中，HidPm2分別是施加到第一臺(tái)發(fā)射器和第二臺(tái)發(fā)射器上的磁矩;mQ是磁矩的幅度大??；Ω 是調(diào)制電磁信號(hào)磁矩電動(dòng)旋轉(zhuǎn)的角頻率;t是電動(dòng)旋轉(zhuǎn)開始的一段時(shí)間。
[0035] 在一種實(shí)施方式中，第一臺(tái)發(fā)射器和第二臺(tái)發(fā)射器包括一個(gè)發(fā)射器回路，以便調(diào) 節(jié)待發(fā)射的電磁信號(hào)。
[0036]在一種實(shí)施方式中，第一臺(tái)接收器和第二臺(tái)接收器包括一個(gè)接收器回路，以便處 理